[发明专利]涡轮机型化学反应器

说明书

提出了一种用于处理过程流体的涡轮机型化学反应器。该涡轮机型化学反应器包括至少一个叶轮部分和设置在下游的固定式扩散器部分。叶轮部分将过程流体加速为超音速流。在固定式扩散器部分中产生冲击波，该冲击波使该冲击波下游的过程流体的静态温度瞬间增加，以用于处理过程流体。穿过冲击波，过程流体的静态压力同时增加。该涡轮机型化学反应器显著减少了过程流体在化学反应器中的停留时间，并提高了化学反应器的效率。

技术领域

所公开的各实施方式总体上涉及涡轮机型化学反应器，特别是用于处理过程流的涡轮机型化学反应器，更特别地是用于过程流体的吸热过程的涡轮机型化学反应器。

背景技术

吸热过程可以指需要向过程流体添加热以促进吸热化学反应发生的过程。吸热过程可以用在炼油厂和石化厂中，以用于分馏或“裂解”较重分子量的碳氢化合物。裂解之后，较轻分子量的碳氢化合物在石油化学工业中用作生产其他化合物的原料。在已知的经商业实践的热裂解处理中，在低氧环境中在炉型化学反应器中施加热和压力将较重分子量的碳氢化合物分馏为各种较轻分子量的烯烃、比如乙烯，而不会引起燃烧。吸热过程的另一示例可以是甲烷的蒸汽重组。通常，较重分子量的碳氢化合物被夹带在被加热的蒸汽中。包含蒸汽和碳氢化合物的过程流体流动通过化学反应器的热交换器。过程流体在热交换器内的赋予温度和停留时间被控制，以使夹带的碳氢化合物裂化为所需的输出、即较低分子量的碳氢化合物。

以通过热解进行乙烯生产作为示例，包含碳氢化合物和蒸汽混合物的过程流体在炉型化学反应器中在小于400毫秒(ms)的时间内被从1220°F加热至1545°F。进行加热并随后淬火(以停止进一步的化学反应)的速率对于生产所需的碳氢化合物混合物很重要。为了避免碳氢化合物燃烧，在加热处理期间必须不存在氧气。炉型化学反应器中的反应处理需要大量的热输入和相对较慢的过程流体质量流率。为了达到产量目标，乙烯生产厂采用多个平行的热解反应器，每个热解反应器都需要大量的热能输入。为达到生产目标所需的每个附加的反应器都增加了资本支出、加热过程流体的能量消耗、工厂地产空间。

期望以较低的生产能量输入来增加碳氢化合物裂解处理期间的过程流体的质量流。增加的质量流用更少的工厂设备资本支出和地产空间满足了生产目标。

发明内容

简要描述的所公开的各实施方式的各方面涉及用于处理过程流体的化学反应器和方法。

根据一方面，提出了一种用于处理过程流体的化学反应器。化学反应器包括外壳体，该外壳体包括用于使过程流体进入的流入口和用于使过程流体离开的流出口。在外壳体内限定流动路径，该流动路径沿着外壳体的内罩在流入口与流出口之间轴向地延伸。化学反应器包括旋转轴，该旋转轴延伸到外壳体中并联接至转子盘。转子轴由动力供给装置驱动。化学反应器包括叶轮部分，该叶轮部分包括定位在转子盘上的多个旋转叶轮轮叶。所述多个旋转叶轮轮叶从转子盘径向向外延伸到流动路径中。化学反应器包括设置在叶轮部分的下游的固定式扩散器部分。固定式扩散器部分包括多个发散的扩散器流动通道。化学反应器包括设置在固定式扩散器部分的下游的排放部分。排放部分包括多个会聚的排放流动通道。所述多个旋转叶轮轮叶构造成通过将过程流体的流动方向从前缘方向改变为后缘方向来将过程流体加速为超音速流。所述多个排放流动通道构造成提供背压，以使得在固定式扩散器部分中产生冲击波。所述多个扩散器流动通道构造成提供过程流体穿过冲击波的流动特性，以用于处理过程流体。